カーボン微小空間中に捉えられた水分子の構造

手嶋：電気自動車などで使う蓄電池は、小型化?長時間使用?高速充電などの点で大きな改善が必要です。それを解決するために信州大学が保有する結晶育成技術を継承発展させて、液体電解質に替えて固体電解質を使った革新的蓄電池を創る188bet体育_188bet备用网址に力を注いでいます。信州大学で初めてCREST^{（※2参照）}に採択された188bet体育_188bet备用网址です。アイデア?材料?動きを見る―の3つのパートが必要なのですが、特に、見る、つまりイオンの状態を捉えるという分野で飯山先生と共同188bet体育_188bet备用网址しています。

飯山：私は活性炭などの多孔体が有害物質等を吸着する構造の188bet体育_188bet备用网址が専門です。通常では吸着した物質の重量などで調べるのですが、私は、Ｘ線を使って分子レベルの動きから捉える、よく言われる「見える化」の手法で188bet体育_188bet备用网址しています。この188bet体育_188bet备用网址を進めるうちに吸着性の強い物質が、多孔体中の狭い空間に、捉えられる様子が分かってきています。

手嶋：全固体電池の188bet体育_188bet备用网址では、電池がどういう反応をするかは従来電子顕微鏡で観察するのが一般的でした。でもこれでは 足りない。分子構造のレベルでリチウムイオンがどう動くかを「見て」みたい。そこが分かれば、リチウム電池の寿命を延ばしたり、性能を向上させたりすることができる。だからその方法はないのかと思っていたら、信大の理学部に飯山先生が居た。それで共同188bet体育_188bet备用网址してみようと声をかけたのです。この188bet体育_188bet备用网址所の開設が決まる直前でした。

飯山：そこからX-Breedを地で行く議論を重ねながら共同188bet体育_188bet备用网址しているわけですが、このテーマはなかなか難しいです。電池の中でイオンがどう動くかは原子レベルの話ですからね。見たくても見えない「見果てぬ夢」かもしれない（笑）。

手嶋：いやいや「見果てぬ夢」で終わっては困るんだけど…（笑）。

テラヘルツ領域のメタマテリアル

宮丸：光波と電波の中間に位置するテラヘルツ波（以下「THz波」）は、例えば外形を壊さずに構造物の内部を探る非破壊検査などへの応用が期待される電磁波で、現在は、個々の物質のTHz特性の分析やTHz波の制御方法の確立が課題となっています。

杉本：私は化学の立場から電極などに利用する材料を188bet体育_188bet备用网址していました。光学?物理の立場からTHz波を188bet体育_188bet备用网址する宮丸先生と知り合い、「僕の材料は使えないかなぁ」という感じでX-Breedが始まったのです。これまで接点は全くありませんでしたし、THz波188bet体育_188bet备用网址は何に役立ち、何が必要なのかという知識はありませんでした。

宮丸：THz波の制御には、「メタマテリアル」と呼ばれる、人工物質が役に立つということが分かってきています。では、異なる材料?構造をいかに使えば役にたつメタマテリアルを作れるのか？そこを探索するのが現在の課題。杉本先生のような材料づくりが専門の化学の188bet体育_188bet备用网址者と共同188bet体育_188bet备用网址するのは初めてで、とても刺激を受けています。

杉本：メタマテリアルという言葉も初めて知りました。「それ何？」からX-Breedが始まりましたが、宮丸先生と話をしているうちに、グラフェンを応用するTHz波の188bet体育_188bet备用网址があることを知りました。だったらグラフェンと似た電子物性を持った酸化ルテニウムナノシートを使えば、違った物性や特長が出てくるのではないか？それがTHz波の188bet体育_188bet备用网址の前進につながらないか？―というのが最初のきっかけでした。

宮丸：もちろんグラフェンと異なるからといって、すぐに興味深い特性が必ず現れるというわけではありません。しかし様々な物質において、光や電磁波の応答も様々に異なります。そこをきっちりと分析する基礎188bet体育_188bet备用网址が必要です。それが5年後、10年後に新たな役に立つものを生むのだと思います。